Способ управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой и устройство для его осуществления

СОЮЗ СООЕТСКИнднцдондРЕСПУБЛИК Б ТЕ до Т и форе ни полуГОСУДАРСТВЕНКЬ 1 Й КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЩРЫТЮ ОПИСАНИЕн доосрснонн ссндстсодс"Уралэлектротяжмаш" им, В.И.Ленинаи Горьковский политехнический институт им. А.А.Жданова(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОМНАПРЯЖЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА ПОД НАГРУЗ.КОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1Способ управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в виде встречно- параллельно включенных тиристоров, заключающийся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхро. импульсы опережающей Фазы по отношению к моменту перехода сетевого напряжения через нуль, осуществляют фазовую задержку указанных импульсов и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления высшей ступени, инвертируют задержанные импульсы и формируют импульсы управления тиристорами прямого направлениянизшей ступени, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, импульсы управления тиристорами высшей ступен мируют на интервале между пер д ми фронтами задержанного импульса и сннхроимпульса следующего периода сетевого напряжения.2Устройство для управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в .виде встречно- параллельно включенных тиристоров, содержащее Формирователь синхроимпульсов, вход .которого предназначен для соединения с зажимомсети переменного напряжения, а два противофазных выхода соединены со входамиблока фазосмещения, формирователями импульсов управления, выходы которых предназначены для соединения с управляющими электродами тиристоров регулятора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, оно снабжено КЯ-триггером, двумя двухвходовыми. элементами И-НЕ, двумя элементами НЕ, причем К и Б-входы триггера соединены соответственно с противофаэными выходами формирователя синхроимпульсов, прямой и инверсный выходы триггера соединены с первыми входами соответственно первого и второго элемента И-НЕ, вторые входы элементов И-НЕ соединены с выходом блока фазосмещения, входы формирователей . фЬ импульсов управления тиристорами высшей ступени соединены с выходами элементов И-НЕ, а входы формирователей импульсов управления тиристорами низшей .ступени соединены с выходами элементов НЕ, входы которых соединены с выходами элементов И-НЕ.Зб 1 11323Изобретение относится к электро-технике и может быть использованодля регулирования под нагрузкой напряжения преобразовательных трансформаторов, в частности для питания преобразовательных агрегатов электролизных установок цветной металлургии ихимической промышленности.Известны способ и устройствоуправления регулятором напряжения 1 Отрансформатора под нагрузкой, содержащие тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и .низшей ступенирегулирования, подключенные к ответвлениям регулировочной обмотки трансформатора, в которых регулированиенапряжения осуществляют путем импульсно-Фазового управления тиристорными коммутаторами в соответствиисо знаками напряжения и тока 1 . 20Недостатком известных способа иустройства для его осуществленияявляются низкая надежность при рабо те на многофазный выпрямитель, когдаток через тиристорные коммутаторы - 25имеет несинусоидальную форму, и точное определение нулевых значений тока представляет существенные трудности,30Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой,содержащий тиристорные коммутаторыпеременного тока высшей и низшейступени регулирования, выполненныхв виде встречно-параллельно включенных тиристоров, заключающийся в том,что на каждом полупериоде сетевогонапряжения Формируют синхроимпульсы опережающей фазы по отношениюк моменту перехода сетевого напряжения через нуль, осуществляют Фазовую задержку указанных импульсов иФормируют импульсы управления тирис.торами прямого направления высшейступени, инвертируют задержанные импульсы и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления,а также устройство для управлениярегулятором напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащее тиристорные коммутаторы высшей и низшейступеней регулирования, выполненныев виде встречно-параллельного включенных тиристоров, содержащее Формирователь синхроимпульсов, вход которого предназначен для соединения с зажимом сети переменного напряжения, а два противофазных выхода соединены со входами блока фазосмещения, формирователями импульсов управ ления, выходы которых предназначены для соединения с управляющими электродами тиристоров регулятора 121.Недостатком известных способа и устройства является низкая надежность, обусловленная необходимостью определения моментов перехода тока через нулевое значение, что представляет существенные трудности при нали-.чии бестоковых пауз.Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет упрощения его схемы.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления регулятором переменного напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащемутиристорные коммутаторы переменноготока высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в виде встречнопараллельно включенных тиристоров,заключающемуся в том, что на каждомполупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы опережающей фазы по отношению к моменту переходасетевого напряжения через нуль, осуществляют .Фазовую задержку указанных импульсов и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления высшей ступени, инвертируют задержанные импульсы и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления низшей ступЕни, импульсы управления тиристорами высшейступени формируют на интервале между передними: фронтами задержанного импульса и синхроимпульса следующего, .полупериода сетевого напряжения,Причем устройство для управления регулятором переменного напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащее тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в виде встречно-.параллельно включенных тиристоров, содержащее формирователь синхроимпульсов, вход которогопредназначен для соединения с за; жимом сети переменного напряжения, а два противофазных выхода соединены со входами блока фазосмещения, формирователями импульсов управления, вы-. ходы которых предназначены для соединения с управляющими электродами.тизристоров регулятора, снабжено КВ- триггером, двумя двухвходовьвки элементами И-НЕ, двумя элементами НЕ, причем К и Я-входы триггера соединены соответственно с противофазными выходами формирователя синхроимпульсов, прямой и инверснйй выходы триггера соединены с первыми входами соответственно первого и второго элемента И-НЕ, вторые входы элементов И-НЕ соединены с выходом блока фазосмещения, входы формирователбй импульсов управления тиристорамн низшей ступени соединены с выходами элементов НЕ, входы которых соединены с выходами элементов И-НЕ.На фиг. 1 показана функциональная схема устройства, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов устройств управления. Номера соответствующих временных диаграмм на фиг. 2 соответствуют рорядковому номеру выходных зажимов элементов на фиг. 1.Яа Фиг. 1 изображены тиристоры 1, 2 и 3, 4 соответственно низшей и высшей ступеней регулирования, переключаемые отводы 5, 6 первичной обмотки регулируемого преобразовательного трансформатора, токоограничивающнй реактор 7, формирователь синхроимпульсов 8, КЯ-триггер 9, блок Фазосмещения 10, содержащий генератор ли. нейноизменяющегося напряжения 11, компаратор 12, элементы И-НЕ 13, 14, элементы НЕ 15, 16, Формирователи управляющих импульсов 17 - 20.Формирователь синхроимпульсов 8 подключен к зажимам сети и имеет выходы: 21 - выдает сигнал при переходе напряжения сети от отрицательного к положительному значению; 22 - вьдает сигнал при переходе напряжения сети от положительного к отрицательному значению.Выходы 21, 22 соединены со входами триггера 9 и генератора линейно изменяющегося напряжения 11.Триггер 9 имеет прямой 23 и инверсный 24 выходы, которые соединены со вторыми входами элементов И-НЕ 13, 14.32336 4 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 Компаратор 12 имеет вход 26, накоторый подают напряжение управлениядля регулирования напряжения нагрузки,Компаратор 12 имеет выход 27, который вьдает сигнал на переключениеступени регулирования, и соединенс объединенными первыми входами элементов И-НЕ 13 и 14.Элементы И-НЕ 13, 14 имеют соответственно выходы 28 и 29, которыевьдают управляющие сигналы для запуска соответствующих формирователейуправляющих импульсов 17 и 18 тиристоров 3, 4 коммутатора высшей ступени регулирования. Выходы 28, 29 соединены также, соответственно со входами элементов НЕ 15, 16.Элементы НЕ 15, 16 имеют соответственно выходы 30, 31, которые вьдают управляющие сигналы для запускасоответствующих формирователей управляющих импульсов 19, 20 тиристоров 1,2 низшей ступени регулирования,Работа устройства рассматриваетсяпри нагрузке регулируемого трансформатора на многофазный выпрямитель,когда нагрузочная составляющая тока(Фиг, 2) в первичных обмотках,трансформатора имеет бестоковые паузы длительностью 60 с (например схемысоединения трансформатора звездазвезда, треугольник-звезда и мостовая схема выпрямителя). В течение,бестоковых пауз по первичным обмоткам протекает несинусоидальный токхолостого хода трансформатора, величина которого в десятки раз меньшенагрузочкой составляющей.Рассмотрим процесс формированияуправляющих импульсов на тиристоры.Формирователь синхроимпульсов 8преобразует входное синусоидальноенапряжение сети Бс (фиг. 2) в выходные сигналы 21, 22 соответственнопри переходе от отрицательного к положительному знаку напряжения и наоборот. Длительность сигналов 21, 22одинакова и устанавливается по условиям коммутации при переключениитиристоров на низшую ступень регулирования.55 Генератор линейно изменяющегося напряжения 11 имеет выход 25, который выдает линейно возрастающий сигнал на каждом полупериоде .сетевого напряжения, Выход 25 соединен со входом компаратора 12,Сигналы 21, 22 поступают на вхо- ды генератора линейно изменяющегося напряжения 10, синхронизируя его выходной сигнал 25 (фиг. 2) . При этом формирование линейно изменяющегося напряжения 25 запрещаетсяв интервалах формирования синхроимпульсов. Сигналы 21, 22 поступают также на входы триггера 9, на выходе которого формируются прямойи инверсный сигналы 23, 24, длительность которых равна полупериоду напряжения сети. Сигнал 23 опережаетположительную полуволну напряжения,а сигнал 24 - отрицательную полуволну на постоянный угол К ,фиг.2), 10соответствующий половине длительности сигнала 21 и 22.Сигналы 25 иф 26 сравниваютсяв компараторе 12, на выходе которогоформируется сигнал 27, передний 15Фронт которого определяет момент переключения на низшую ступень регулирования, а задний - на высшую. Приэтом Формирование переднего фронтасигнала 27 выполняется перед переходом напряжения сети через нулевоезначение с постоянным углом опережения о (фиг. 2) . Формирование заднего Фронта сигнала 27, определяемогоуглом сдвига М относительно нуле2вого значения напряжения, зависит отвеличины сигнала 26,Угол Ы 2 изменяется в пределахот К 1 до (й-к 1) в зависимости отвеличины сигнала 26. 30Соответственно переход на высшуюступень регулирования разрешаетсяв указанных пределах изменения углаСигналы 23 триггера 9 и 27 компаратора 12 поступают на входы элемента И-НЕ 13, на выходе которого в соответствии с указанными логическимиоперациями Формируется сигнал 28,запускающий формирователь управляющих импульсов 17 тиристора 3 высшейступени регулирования 6. Формирование переднего фронта сигнала 28 опре.деляется углом ю 2 (фиг. 2), а заднего Фронта - углом (2 н -,), т,е. следующим переходом синхронизирующегонапряжения от отрицательного знакак положительному, Сигнал 28 поступает также на вход элемента НЕ 15, наювыходе которого формируется инверсныйсигналу 28 сигнал 30, запускающийформирователь управляющих импуль-,сов 19 тиристора 1 низшей ступенирегулирования 5. Формирование перед него фронта сигнала 30 определяется 55углом К, а заднего - Ы.2 . Сигналы 28и 30 инверсны относительно друг дру, га и поступают соответственно на тиристоры одного направления 3 и 1 коммутаторов высшей и низшей ступеней регулирования.Сигналы 24 триггера 9 и 27 компа,ратора 12 поступают на входы элемента И-НЕ 14, на выходе которого в со-, ответствии с указанными логичес-. кими операциями Формируется сигнал 29, запускающий формирователь управляющих импульсов 18 тиристо-. ра 4 высшей ступени регулирования 6. Сигнал 29 аналогичен по длительности сигналу 28 и сдвинут относительно него на полпериода напряженияСигнал 29 поступает также на вход элемента НЕ 16, на выходе которого формируется инверсный сигналу 29 сигнал 31, запускающий Формирователь управляющих импульсов 20 тиристора 2 низшей ступени регулирования 5. Сигнал 31 аналогичен по длительности сигналу 30 и сдвинут относительно него на полпериод напряжения.Таким образом, в рассмотренном алгоритме управляющие импульсы на тиристоры одного направления (1,3 и 2,4) коммутаторов низшей 5 и высшей 6 ступеней регулирования инверсны относительно друг друга и поочередно переключаются в течение соответствующих синхронизирующих напряжений (углы переключения К М, 7+, 2+ ), При этом управляющие импульсы йа тиристоры низшей ступенирегулирования 5 начинают формировать перед переходом через нулевое значение соответствующего синхронизирую- щего напряжения с углом опережения К, а управляющие импульсы на тиристоры высшей ступени регулирования формируют длительностью доследующего перехода через нулевое значение соответствующего синхронизирую- щего напряжения.1Данный алгоритм формирования управляющих импульсов сохраняется независимо от схемы преобразовательного трансформатора и выпрямителя.Рассмотрим коммутацию тиристоров при переключениях на высшую и низшую ступени регулирования. При переключении на высшую ступень регулирования (угол К 2 при положительном знаке напряжения) управляющие импульсы снимаются с проводящего тиристора 1 низшей ступени регулирования 5 и одновременно подаются на тиристор 3 высшей ступени регулирования. На тиристор 4 высшей ступени регулирования также подаются управляющие импульсы. Под действием ЭДС ступени тиристор 3 5 отпирается и ток к.з. ступени протекает через тиристоры одного направления 1, 3 и реактор 7. Тиристор 4 заперт падением напряжения на тиристоре 3. Так как ток к.з. ступени зна О чительно больше нагрузочного тока и направлен встречно ему, тиристор 1 быстро запирается и нагрузочный ток начинает протекать через тиристор 3 высшей ступени регулирования, Таким 15 образом, переключение на высшую ступень регулирования не отличается от процесса, описанного в прототипе.При переключении на низшую ступень регулирования к моменту коммутации 20 ив , (фиг. 2) имеются импульсы на тиристорах 3 и 4 (сигналы 29, 28, фиг. 2) . При этом если полярность тока совпадает с напряжением, то ток протекает через тиристор 3, а если 25 нь совпадает, то через тиристор 4.При отсутствии тока тиристоры 3 и 4 готовы к пропуску любой полярности тока.В момент,.начала коммутации 7 -и, ЗО перебрасывают импульсы уйравления с тиристора 4 (сигнал 29) на тиристор 2 (сигнал 31), оставляя импульсы на тиристоре 3 (сигнал 28). При этом под действием ЭДС ступени регулирова-З 5 ния открывается тиристор 2. Если ток ,протекал через тиристор 3 или отсутствовал, то возникает контур. эамыкания ступени через тиристоры 2 и 3.Тиристор 3 закрывается в момент, когда ток равный сумме фазноготокчи тока замыкания ступени, становитсяравным нулю. К этому моменту напряжение Б (фиг. 2) меняет свою полярность и к тиристору 3 прикладываетсяобратное напряжение, что способствует быстрому запиранию тиристора. Токнагрузки принимает тиристор 2, а тиристор 3 находится в "дежурном" режиме и может включаться при смене полярности тока.Если к моменту начала коммутациий- в ток протекал через тиристор 4,то под действием ЭДС ступени открывается тиристор 2, а тиристор 4 запирается. Ток нагрузки переводитсяна тиристор 2,Таким образом, наличие импульсовуправления на тиристорах противоположных направлений разных ступенейисключает возникновение перенапряжений на тиристорах при сменах полярностей тока, а использование кратковременного замыкания ступени обеспечивает надежную коммутацию тока.с высшей ступени на низшую. Упрощение устройства достигается исключением датчиков тока и элементов, выделяющих положительные и отрицательные полуволны тока, а также зоны нулевых значений тока. Для переключения коммутаторов по предлагаемому способу достаточно иметь информацию о полярностях полуволн и нулевыхзонах напряжения."Патент", г,Уагоро оектна Заказ 980343Т ВНИИПИ Госу по де 113035, Москва, ак 666 Под рственного комитета СС м изобретений и открыты -35, Раушская наб., д.